DE19805385C1 - Bifidogene Peptide - Google Patents

Bifidogene Peptide

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft bifidogene Peptide, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Verwendung der bifidogenen Pep­ tide.
Von Milch ist bekannt, daß sie fördernd auf den Gesundheitszu­ stand von Säuglingen wirkt. Dies wird vielfach auf den Einfluß der Milch auf die Ausbildung einer säuglingstypischen Darmflora zurückgeführt, die zu mehr als 90% aus Bifidobacterium bifidum besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Peptide bereitzustel­ len, die einen positiven Einfluß auf die Darmflora haben.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch Peptide mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei den erfindungsgemäßen Peptiden handelt es sich um Peptide, die erhältlich sind durch
  • - Versetzen von Kuhmilch oder Humanmilch mit Proteasen und anschließender Inkubation für zwei Stunden,
  • - Zentrifugation, um Milchfett zu entfernen,
  • - Ansäuern auf einen pH von 2,0 durch starke Säuren,
  • - Abtrennung der ausgefallenen Proteine,
  • - Anwendung mindestens eines Keverse-Phase-HPLC-Schrittes,
  • - Anwendung eines Kationenaustauscher-HPLC-Schrittes,
  • - Sammeln von Fraktionen,
  • - Einstellen der Fraktion auf einen Salzgehalt < 25 mM für die Durchführung von Aktivitätstests durch Dialyse oder Reverse-Phase-HPLC,
  • - Kultivierung von Bifidobakterium Bifidum und E. coli in Gegenwart der Fraktionen und Auswahl von Fraktionen, die der Bedingung
    genügen, worin BW die Keimzahl bezeichnet, die bei 16stündiger Inkubation von Bifidobakterium Bifidum in 50% Elliker Nährmedium (Elliker Broth) in Gegenwart der Peptide in einer Konzentration von 200 µg/ml erhalten wird,
    BO die Keimzahl bezeichnet, die bei der wirkstofffreien Kontrollinkubation erhalten wird,
    EW die Keimzahl bezeichnet, die bei 16stündiger Inkubation von E. coli in 3 g/l tryptischem Soja Nährmedium (Tryptic Soy Broth) in Gegenwart der Peptide in einer Konzentration von 200 µg/l erhalten wird,
    EO die Keimzahl bezeichnet, die bei der wirkstofffreien Kontrollinkubation erhalten wird,
  • - Isolierung des in dieser Fraktion vorhandenen Peptids
  • - sowie die amidierten, acetylierten, sulfatierten, phospho­ rylierten, glycosylierten, oxydierten Derivate oder Frag­ mente mit bifidogenen Eigenschaften.
Die erfindungsgemäßen Peptide wirken antimikrobiell gegen Bakterien, die in der natürlichen Säuglingsdarmflora nicht oder nur in geringen Mengen vorkommen und fördern das Wachstums von erwünschten Bakterien wie Bifidobakterien, indem sie die Bifido­ bakterien im Wachstum stärker als andere Bakterien fördern oder nur die nichterwünschten Bakterien selektiv hemmen. Diese Eigenschaft, Bifidobakterien einen Wachstumsvorteil zu verschaf­ fen, wird als bifidogen bezeichnet.
Bevorzugt werden Peptide eingesetzt, die folgende Aminosäurese­ quenz aufweisen:
worin
R1, R3 unabhängig voneinander NH2, eine Aminosäure oder ein Peptid mit bis 100 Aminosäuren darstellen und
R2, R4 unabhängig voneinander COOH, CONH2, eine Aminosäure oder ein Peptid mit bis zu 100 Aminosäuren darstellen und die ami­ dierten, acetylierten, sulfatierten, phosphorylierten, glycosy­ lierten, oxydierten Derivate oder Fragmente mit bifidogenen Eigenschaften.
Bevorzugt weisen R1, R2, R3, R4 eine Länge von bis zu 50, mehr bevorzugt von bis zu 20 und am meisten bevorzugt eine Länge von bis zu 10 Aminosäuren auf.
Die erfindungsgemäßen Peptide können durch Aufreinigung aus Kuhmilch oder Humanmilch erhalten werden. Alternativ ist jedoch auch die Expression in gentechnisch veränderten Organismen oder die Herstellung durch chemische Peptidsynthese möglich.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sind die Nukleinsäuren, die für die bifidogenen Bakterien kodieren, sowie Antikörper, die gegen bifidogene Peptide gerichtet sind.
Die erfindungsgemäßen Peptide und/oder Nucleinsäuren können zusammen mit pharmazeutisch üblichen Hilfsstoffen in Arzneimit­ teln enthalten sein. Dazu werden bevorzugt galenische Zuberei­ tungen eingesetzt und Applikationsformen gewählt, bei denen die Peptide undegradiert an den Wirkort gelangen.
Vorzugsweise wurden die erfindungsgemäßen Peptide in Mengen von 0,1 bis 100 mg/kg Körpergewicht eingesetzt. Wirksame Nuclein­ säuremengen sind beispielsweise 0,01 mg bis 100 mg/kg Körper­ gewicht. Bevorzugt liegt die Menge im Bereich von 1 bis 10 mg/kg Körpergewicht für die Peptide und Nucleinsäuren.
Die erfindungsgemäße Peptide können auch zusammen mit Nährstof­ fen in Nahrungsmittel enthalten sein.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Peptide und/oder die gegen die Peptide gerichteten Antikörpern zusammen mit weiteren Hilfsstoffen auch in Diagnostikmittel enthalten sein.
Die erfindungsgemäßen Peptide und Nukleinsäuren eignen sich zur Behandlung von durch mikrobielle Fehlbesiedlungen bedingte Erkrankungen wie Infektionen, Entzündungen, mikrobiell induzier­ ten Tumoren, mikrobiell bedingten degenerativen Erkrankungen, Durchfallerkrankungen, Koliken, Abweichung der Mund-, Darm- und Vaginalflora, Karies. Die mikrobielle Fehlbesiedlung kann beispielsweise durch Bakterien, Pilze, Hefen, Protisten, Viren, Mycoplasmen, Filarien und/oder Plasmodien bedingt sein.
Die erfindungsgemäßen Peptide eignen sich auch als Hilfsstoff in der Nahrungsmittelzubereitung im Sinne von Fermentationshil­ fen.
Es wird insbesondere bevorzugt, daß zwei oder mehr Peptide gemeinsam eingesetzt werden oder Peptide eingesetzt werden, die zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Peptidsequenzen aufweisen. Das unterschiedliche Wirkungsspektrum der Einzelstoffe bzw. Stoffe, die Einzelsequenzen oder erfindungsgemäße Peptide aufweisen, erlaubt es, beim Vorliegen von Resistenzen von Mikroorganismen durch eine geeignete Kombination von Sequenzen oder durch eine Kombination der Einzelsubstanzen eine optimale Hemmung der unerwünschten Mikroorganismen zu erzielen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern:
Beispiel 1 Behandlung von Milch
Humane Milch wurde mit Pepsin (20 mg/g Protein) versetzt, nachdem sie mit HCl auf einen pH von 3,5 eingestellt wurde. Die enzymatische Reaktion wurde für zwei Stunden bei 37°C inkubiert und durch Kochen für fünf Minuten gestoppt. Anschließend wurde zentrifugiert (20 min, 60 000 g bei 4°C) und das Milchfett abgeschöpft. Die verbliebene Lösung wurde mit 0,1% TFA versetzt und erneut zentrifugiert, um ausgefallene hochmolekulare Pro­ teine abzutrennen.
HPLC Reinigung eines bifidogenen Peptides aus Milch
Für die Reinigung von bifidogenen Peptiden aus Milch müssen verschiedene HPLC Trennverfahren miteinander kombiniert werden, um eine möglichst reine Darstellung über eine optimale Trenn­ leistung zu erzielen und inaktive, unerwünschte Bestandteile abzutrennen. Die jeweiligen Proben, die nach jedem Trennungs­ schritt entstehen, müssen in zwei Testsystemen getestet werden, d. h. ein Wachstumstest mit Bifidobakterien in Kombination mit einem Wachstumstest mit E. coli als Target (siehe Beispiele 3 und 4). Notwendig für die Reinigung ist die Kombination von mindestens einem Reverse-Phase Chromatographieschritt (bevorzugt von zwei Reverse-Phase Chromatographischritten) und der Einsatz einer Kationenaustausch-HPLC-Trennung. In den Biotest muß die jeweilige Probe salzarm eingesetzt werden, um ein möglichst optimales Screeningergebnis zu erhalten.
Der erste Trennschritt wurde mit Hilfe einer Parcosil-C18 Säule (1×12,5 cm, 100 Å, Biotek, Heidelberg, Deutschland) durchge­ führt.
Puffer A: 0,1% TFA
Puffer P: Acetonitril mit 0,1% TFA
Gradient: 0 bis 60% B in 45 Minuten
Fluß 2 ml/min.
Detektion 280 nm (siehe Fig. 1)
Rechromatografie von Fraktion 23 mit der gleichen Säule und einem flacheren Gradient (siehe Bild)
Puffer A: 0,1% TFA
Puffer P : Acetonitril mit 0,1% TFA
Gradient: 0 bis 20% B in 5 Minuten
20 bis 50% B in 45 Minuten.
Detektion: 214 nm (siehe Fig. 2)
Rechromatografie von Fraktion 16 aus dem vorangegangenem Trenn­ schritt mit der gleichen Säule, aber anderem Elutionsmittel, um die Selektivität bei der Trennung zu verändern.
Puffer A: 0,1% TFA
Puffer E: 0,1% TFA in Methanol
Gradient: 0 bis 40% B in 5 Minuten
40 bis 70% B in 45 Minuten.
Detektion: 214 nm (siehe Fig. 3)
Rechromatografie der aktiven Fraktion 21 mit einer Kationenaus­ tausch HPLC:
Säule: Parcosil Pepkat, 4×50 mm, 300 Å, 5 µm, Biotek, Heidel­ berg
Puffer A: 10 mM Phosphatpuffer pH 4,5
Puffer B: Puffer A mit 1 M NaCl
Fluß 0,75 ml/min
Gradient: 0 bis 15% B in 5 Minuten
15 bis 50% B in 35 Minuten.
Detektion: 214 nm (siehe Fig. 4)
Die erhaltenen Fraktionen wurden jede einzeln in einem kurzen Reverse Phase HPLC Lauf entsalzt, bevor sie zum Test auf anti­ mikrobielle und bifidogene Aktivität zugeführt wurde.
Durch Massenspektrometrie und Aminosäuresequenzierung wurden die folgenden Peptide identifiziert:
Fraktion 9 enthielt die reine, bifidogene Komponente
YQRRPAIAINNPYVPRTYYANPAVVRPHAQIPQRQYLPNSHPPTVVRRPNLHPSF.
(caseinK-63-117)
Fraktion 10 enthält die bifidogene Komponente
GRRRRSVQWCAVSQPEATKCFQWQRNMRKVRGPPVSCIKRDSPICCIQA.
(neutrophil-lactoferrin-20-67)
und Fraktion 11 enthält die bifidogene Komponente mit einer Adduktmasse von +16 was darauf hindeutet, daß es sich um ein Oxidationsprodukt handelt (vermutlich ist ein Methionin oxi­ diert).
Beide Peptide und das Oxidationsprodukt haben eine bifidogene Aktivität.
Beispiel 2 Nachweis der wachstumsregulierenden Aktivität auf E. coli
Fraktionen aus der HPLC wurden mit E. coli K12 eingesetzt. Der Test wird in 3 g/l Tryptic Soy broth (Sigma) folgendermaßen durchgeführt:
Pur jeden Assay wurden Kulturen von E. coli K12 frisch in Tryptic Soy broth (Sigma) angeimpft. Die Inkubation dieser Bakterien erfolgte immer unter aeroben Bedingungen bei 37°C für 16 Stunden. Zu testende Peptide wurden zu einer Testlösung, be­ stehend aus 200 µl 3 g/l Tryptic Soy broth, in 96-Loch Zell­ kulturplatten gegeben und mit einem Inokulum von 20 µl einer verdünnten Bakteriensuspension angeimpft. Die photometrische Absorption des Inokulums betrug 0,05, gemessen bei 500 nm. Das Wachstum der Bakterien unter dem Einfluß der Peptide wurde nach 16 Stunden ebenfalls photometrisch im ELISA-Reader bestimmt und manuell mikroskopisch bestimmt.
Beispiel 3 Nachweis der wachstumsregulierenden Aktivität auf Bifidobac­ terium bifidum
Für jeden Assay wurden Kulturen von Bifidobacterium bifidum ATCC 29521 frisch in Elliker broth (Difco, Detroit, USA) angeimpft. Die Inkubation dieser Bakterien erfolgte immer unter anaeroben Bedingung bei 37°C für 16 bis 18 Stunden. Zu testende Peptide wurden zu einer Testlösung bestehend aus 200 µl 50% Elliker broth in 96-Loch Zellkulturplatten gegeben und mit einem Inoku­ lum von 20 µl einer verdünnten Bakteriensuspension angeimpft. Die photometrische Absorption des Inokulums betrug 0,05 gemessen bei 550 nm. Das Wachstum der Bakterien unter dem Einfluß der Peptide wurde nach 16 Stunden ebenfalls photometrisch im ELISA- Reader bestimmt und manuell mikroskopisch bestimmt. Als Positiv­ kontrolle diente N-acetylglucosamin. Für diesen Test können nur Bifidus-Kulturen eingesetzt werden, die auf N-Acetylglucosamin reagieren. Nach einigen Passagen verlieren Bifidobakterien diese Eigenschaft, diese können dann für diesen Wachstumstest nicht mehr eingesetzt werden.
Beispiel 4
Als bifidogen wurden die Fraktionen identifiziert, bei denen der Wert
ist.
Sequenzprotokoll

Claims (11)

1. Peptide erhältlich durch
  • - Versetzen von Kuhmilch oder Humanmilch mit Protea­ sen und anschließender Inkubation für zwei Stunden,
  • - Zentrifugation, um Milchfett zu entfernen,
  • - Ansäuern auf einen pH von 2,0 durch starke Säuren,
  • - Abtrennung der ausgefallenen Proteine,
  • - Anwendung mindestens eines Reverse-Phase-HPLC- Schrittes,
  • - Anwendung eines Kationenaustauscher-HPLC-Schrittes,
  • - Sammeln von Fraktionen,
  • - Einstellen der Fraktion auf einen Salzgehalt < 25 mM für die Durchführung von Aktivitätstests durch Dialyse oder Reverse-Phase-HPLC,
  • - Kultivierung von Bifidobakterium Bifidum und E. coli in Gegenwart der Fraktionen und Auswahl von Fraktionen, die der Bedingung
    genügen, worin BW die Keimzahl bezeichnet, die bei 16stündiger Inkubation von Bifidobakterium Bifidum in 50% Elliker Nährmedium (Elliker Broth) in Gegen­ wart der Peptide in einer Konzentration von 200 µg/ml erhalten wird,
    BO die Keimzahl bezeichnet, die bei der wirkstoff­ freien Kontrollinkubation erhalten wird,
    EW die Keimzahl bezeichnet, die bei 16stündiger Inkubation von E. coli in 3 g/l tryptischem Soja Nährmedium (Tryptic Soy Broth) in Gegenwart der Peptide in einer Konzentration von 200 µg/l erhal­ ten wird,
    EO die Keimzahl bezeichnet, die bei der Wirkstoff­ freien Kontrollinkubation erhalten wird,
  • - Isolierung des in dieser Fraktion vorhandenen Peptids
sowie die amidierten, acetylierten, sulfatierten, phospho­ rylierten, glycosylierten, oxydierten Derivate oder Frag­ mente mit bifidogenen Eigenschaften und Peptide, die durch Kombination der Peptide, Fragmente oder Derivate mittels chemischer Verknüpfung erhältlich sind.
2. Peptide gemäß Anspruch 1 mit der Aminosäuresequenz
worin
R1, R3 unabhängig voneinander NH2, eine Aminosäure oder ein Peptid mit bis 100 Aminosäuren darstellen und
R2, R4 unabhängig voneinander COOH, CONH2, eine Aminosäure oder ein Peptid mit bis zu 100 Aminosäuren darstellen und die amidierten, acetylierten, sulfatierten, phosphorylier­ ten, glycosylierten, oxydierten Derivate oder Fragmente mit bifidogenen Eigenschaften.
3. Verfahren zur Herstellung der Peptide gemäß Anspruch 1 und/oder 2 durch Aufreinigung aus Kuhmilch oder Human­ milch, Expression in gentechnisch veränderten Organismen oder chemische Synthese.
4. Nukleinsäuren kodierend für Peptide gemäß Anspruch 1 und/oder 2.
5. Antikörper gerichtet gegen Peptide gemäß Anspruch 1 und/oder 2.
6. Arzneimittel enthaltend mindestens eines der Peptide gemäß Anspruch 1 und/oder 2 und/oder mindestens eine Nukleinsäure gemäß Anspruch 3 zusammen mit pharmazeu­ tisch üblichen Hilfsstoffen.
7. Nahrungsmittel enthaltend Peptide gemäß Anspruch 1 und/oder 2 zusammen mit Nährstoffen.
8. Diagnostikmittel enthaltend Peptide gemäß Anspruch 1 und/oder 2 und/oder Antikörper gemäß Anspruch 5 zusammen mit weiteren Hilfsstoffen.
9. Verwendung der Peptide gemäß Anspruch 1 und/oder 2 und/oder der Nucleinsäuren gemäß Anspruch 3 zur Behandlung von durch mikrobielle Fehlbesiedlungen bedingten Erkran­ kungen.
10. Verwendung der Peptide gemäß Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mikrobiellen Fehlbesiedlungen durch Bakterien, Pilze, Hefen, Protisten, Viren, Mycoplasmen, Filarien und/oder Plasmodien bedingt sind.
11. Verwendung der Peptide gemäß Anspruch 9 und/oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die durch mikrobielle Fehlbe­ siedlungen bedingten Erkrankungen Infektionen, Entzün­ dungen, mikrobiell induzierte Tumore, mikrobiell beding­ te degenerative Erkrankungen, Durchfallerkrankungen, Ko­ liken, Abweichung der Mund-, Darm- und Vaginalflora und/oder Karies sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0349666A1 (de) * 1988-07-07 1990-01-10 Milupa Aktiengesellschaft Verfahren zur enzymatischen Herstellung von bifidogener Säuglings- und Diätnahrung

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